Башмак прорабатывающий Российский патент 2025 года по МПК E21B37/00 

Изобретение относится к области строительства скважин и предназначено для оборудования низа обсадной колонны с целью направления ее по стволу скважины, в частности к устройствам, предназначенным для проработки ствола скважины во время обсадки нефтяных и газовых скважин, устанавливаемым в направляющей части колонны или хвостовика.

Известен прорабатывающий башмак (патент RU № 184027, МПК Е21В 37/00, 21/00, опубл. 12.10.2018), который содержит переводник, соединенный с помощью муфты со спиральной мандрелью, имеющей, по меньшей мере, один винтовой паз, и оправку, с одной стороны которой расположен буровой башмак, а с другой - патрубок с, по меньшей мере, одним штифтом, оправка установлена подвижно на спиральную мандрель внутри корпуса, жестко связанного с переводником, штифт располагается в пазе, при этом форма винтового паза в поперечном сечении имеет форму трапеции с расширением к продольной оси башмака, а штифт имеет ступенчатую цилиндрическую форму с коническим переходом.

Недостатком данного башмака является наличие вертикально-подвижных частей, работающих по принципу винтовой пары, которая в случае попадания обломков шлама при проработке может заклинить его работу. Наконечник имеет большие продольные лопасти, которые, как правило, забиваются прорабатываемым шламом и теряют свою первоначальную функциональную нагрузку. Также на лопастях башмака отсутствует твердосплавное вооружение.

Также известен башмак с силовым приводом (патент RU № 189972, МПК Е21В 7/20, 17/14, опубл. 13.06.2019), включающий клапанный узел, силовую секцию, состоящую из статора и ротора винтового забойного двигателя, шпиндельную секцию, состоящую из карданного вала, корпуса, осевой опоры и радиальной опор и вала, соединенного с башмаком-наконечником, содержащим промывочные отверстия, при этом промывочные отверстия башмак-наконечника направлены под углом α от 1 до 89 градусов противоположно направлению спуска обсадной колонны и размещены на его боковой поверхности.

Недостатком данного башмака является сложность конструкции в целом. Наличие на башмаке - наконечнике больших боковых винтовых лопастей с вооружением затрудняет спуск обсадной колонны, т.к. происходит перекрытие радиального сечения скважины, в результате чего между лопастей образуется сальник из остатков проработанного шлама. При этом промывочные отверстия направлены вверх от забоя (прорабатываемого участка), отсутствует центральное промывочное отверстие. Таким образом, при прохождении суженных участков ствола скважины в процессе спуска прорабатываемый шлам не вымывается и налипает на лопасти башмака, создавая поршень, что в конечном итоге приводит к росту давления ниже обсадной колонны и разрыву слабых пластов. Полусферическое окончание башмака с агрессивно выпирающими зубками приводит в самопроизвольному забуриванию второго ствола при наличии сужений с малым проходным сечением.

Наиболее близким является башмак прорабатывающий (патент RU № 2738057, МПК Е21В 37/00, опубл. 07.12.2020), включающий разбуриваемую мандрель с проходным каналом и винтовыми пазами, корпус с цилиндрической частью с присоединительной резьбой сверху для соединения с обсадной колонной, штифты, установленные подвижно в пазы мандрели, при этом штифты жестко установлены в нижней части корпуса, вооруженный башмак, снабженный лопастями в нижней части и боковыми промывочными отверстиями, жестко соединён снизу с мандрелью, снабженной в верхней части гидравлической насадкой, корпус в средней части снабжен радиальными отверстиями, а в верхней части - клапаном в проходном канале и гидравлической насадкой с седлом, при этом вооруженный башмак, гидравлические насадки и клапан выполнены из легкоразбуриваемого материла, а площади сечений гидравлических насадок и радиальных отверстий корпуса подобраны таким образом, чтобы при создании определенного расхода жидкости и осевой нагрузки на вооруженный башмак он создавал поступательно-вращательное движение вниз.

Недостатком известного башмака является наличие на корпусе вооруженного башмака больших лопастей, затрудняющих спуск обсадной колонны, т.к. происходит перекрытие радиального сечения скважины, в результате чего между лопастей образуется сальник из остатков проработанного шлама. Также недостатком является отсутствие центрального промывочного отверстия. Таким образом, в процессе спуска башмака прорабатываемый шлам не будет вымываться и будет налипать на лопасти башмака, создавая поршень, что в конечном итоге приведет к росту давления ниже обсадной колонны и разрыву слабых пластов.

Техническими задачами настоящего изобретения являются повышение надежности спуска и установки обсадной колонны в осложненном стволе скважины, надежное прохождение суженных участков ствола с проработкой без заклинка и посадок.

Технические задачи решаются башмаком прорабатывающим, включающим корпус с цилиндрической частью с присоединительной резьбой сверху для соединения с обсадной колонной, снабженный центральным проходным отверстием и боковыми промывочными отверстиями.

Новым является то, что к нижней части цилиндрического корпуса посредством резьбы присоединен наконечник со скошенным конусом, имеющий центральное промывочное отверстие и снабженный как минимум тремя свободновращающимися роликами, установленными на жестких осях с подшипниками на концах, свободновращающиеся ролики равномерно оснащены по всей наружной поверхности твердосплавными зубками и имеют длину, равную как минимум двум диаметрам свободновращающихся роликов по твердосплавным зубкам, на свободновращающиеся ролики направлены по два боковых промывочных отверстия, при этом наружный диаметр прорабатывающего башмака по твердосплавным зубкам превышает диаметр корпуса башмака, а башмак прорабатывающий изготовлен из легко разбуриваемого материала.

На чертеже представлен общий вид башмака, прорабатывающего с роликами в разрезе.

Башмак прорабатывающий (далее - башмак) включает полый корпус 1 (см. чертеж) с цилиндрической частью и присоединительной резьбой в верхней части для соединения с обсадной колонной (на чертеже не показано) и нижней частью, к которой посредством наружной резьбы 2 (в верхней части для соединения с корпусом 1 башмака, см. чертеж) присоединен наконечник 3 со скошенным конусом. Корпус 1 снабжен центральным проходным отверстием 4, которое проходит по всей оси корпуса 1 башмака, и боковыми промывочными отверстиями 5. Наконечник 3 со скошенным конусом имеет центральное промывочное отверстие 6 и снабжен как минимум тремя свободновращающимися роликами 7, которые установлены на жестких осях 8 с подшипниками 9 на концах. Свободновращающиеся ролики 7 равномерно оснащены по всей наружной поверхности твердосплавными зубками 10 (которые устанавливают посредством запрессовки или запайки) и имеют длину, равную как минимум двум диаметрам свободновращающихся роликов 7 по твердосплавным зубкам 10. На свободновращающиеся ролики 7 направлены по два боковых промывочных отверстия 5 корпуса 1. Свободновращающиеся ролики 7 с твердосплавными зубками 10 за счет свободного вращения вокруг своей оси 8 и направленных на них боковых промывочных отверстий 5 не заклинивают при встрече с сужением в стволе скважины, а наоборот легко проворачиваются, разрушая преграду перед собой. Длина свободновращающихся роликов 7, равная двум диаметрам самих свободновращающихся роликов 7 и более, имеет достаточную эффективную рабочую поверхность для разрушения встречающихся преград в виде сужения ствола скважины.

Наружный диаметр башмака по твердосплавным зубкам 10 превышает диаметр корпуса 1 башмака. При этом наружный диаметр башмака не превышает величину эффективного диаметра ствола скважины, что обеспечивает свободное и надежное прохождение башмака через суженные участки ствола скважины без прихвата.

Башмак прорабатывающий изготовлен из легко разбуриваемого материала, например, из алюминия или дюралюминия. За счет применения легко разбуриваемых материалов появляется возможность разбуривания башмака и при необходимости углубления скважины.

Наличие центрального проходного отверстия 4, центрального промывочного отверстия 6 и боковых промывочных отверстий 5, направленных непосредственно на рабочую поверхность свободновращающихся роликов 7, исключает налипание шлама во время спуска башмака, таким образом, повышает надежность спуска и установки башмака, а также качество работ.

Наружный диаметр прорабатывающего башмака по наружной поверхности твердосплавных зубков 10 не превышает величину эффективного диаметра ствола скважины, в которую спускается башмак. Это обеспечивает свободное прохождение башмака, прорабатывающего по стволу скважину без прихвата. Так, при диаметре долота Д - 143 мм, диаметре муфты обсадной трубы - 127 мм и эффективном диаметре ствола скважины Dэф, равном 135 мм, диаметр прорабатывающего башмака по твердосплавным зубкам равен 131 мм, т.е. не превышает величину эффективного диаметра ствола скважины. Это обеспечивает свободное и надежное прохождение башмака прорабатывающего через суженные участки ствола скважины без прихвата.

Башмак прорабатывающий работает следующим образом.

Башмак прорабатывающий соединяют с обсадной колонной (на чертеже не показана) по присоединительной резьбе в верхней цилиндрической части корпуса 1 (чертеж) и спускают в скважину. По достижении участков сужения или осложненных осыпаниями и обвалами мест, ограничивающих дальнейший спуск, создают дополнительное осевое усилие с подачей технологической жидкости через обсадную колонну и производят вращение обсадной колонны вправо с медленным перемещением всей колонны вниз. В результате вращения вокруг своей оси свободновращающихся роликов 7, оснащенных твердосплавными зубками 10, происходит разрушение препятствий из горной породы, корки бурового раствора и шлам вымывается в направлении, противоположном направлению спуска обсадной колонны.

Предлагаемый башмак прорабатывающий повышает надежность спуска и установки обсадной колонны в осложненном стволе скважины, имеет простую конструкцию, обеспечивает надежное прохождение суженных участков ствола с проработкой без заклинка и посадок.

Пример использования башмака прорабатывающего на практике

Пробурили скважину долотом диаметром 143 мм глубиной 1880 м. Перед началом спуска обсадной колонны диаметром 114×7,0 мм на скважину завезли заранее собранный башмак прорабатывающий, с навернутым наконечником со скошенным конусом с тремя свободновращающимися роликами, оснащенными твердосплавными зубками, установленными на свободновращающихся роликах посредством заклепки. Диаметр башмака прорабатывающего по твердосплавным зубкам составил 131 мм, равный эффективному диаметру скважины. Длина каждого ролика составила 2 диаметра этих же роликов по твердосплавным зубкам.

Перед спуском в ствол скважины навернули на низ обсадной колонны башмак прорабатывающий. В процессе спуска обсадной колонны при прохождении интервала кыновских глин на глубине 1730 м на устьевых приборах получили снижение веса колонны на 1,5 т и прекращение заколонной циркуляции, что говорит о наличии сужения либо перекрытия ствола скважины обвальными породами кыновского горизонта. Для ликвидации инцидента начали вращать колонну вправо, с разгрузкой обсадной колонны еще на 3 тонны, при этом агрессивная часть свободновращающихся роликов башмака колонны уперлась в место сужения ствола. Тем самым наконечник со скошенным конусом со свободновращающимися роликами, оснащенными твердосплавными зубками, при вращении разрушил встреченное перед колонной препятствие в стволе скважины. Одновременно в этот момент внутрь обсадной колонны подали буровой раствор под давлением, для промывки разрушенной породы на устье. В результате получили провал колонны с наличием полной циркуляции бурового раствора на устье.

Таким образом, произвели успешный спуск обсадной колонны до проектной глубины 1880 м с прохождением проблемного участка с обрушением кыновских глин.

Далее согласно принятой технологии произвели цементирование обсадной колонны в скважине в штатном режиме.

Изобретение относится к области строительства скважин и предназначено для проработки ствола скважины во время обсадки нефтяных и газовых скважин. Устройство включает корпус с цилиндрической частью с присоединительной резьбой сверху для соединения с обсадной колонной, снабженный центральным проходным отверстием и боковыми промывочными отверстиями. К нижней части цилиндрического корпуса присоединен наконечник со скошенным конусом, имеющий центральное промывочное отверстие и снабженный как минимум тремя свободновращающимися роликами, установленными на жестких осях с подшипниками на концах. Ролики равномерно оснащены по всей наружной поверхности твердосплавными зубками и имеют длину, равную как минимум двум диаметрам свободновращающихся роликов по твердосплавным зубкам. На ролики направлены по два боковых промывочных отверстия. Наружный диаметр прорабатывающего башмака по твердосплавным зубкам превышает диаметр корпуса башмака. Башмак изготовлен из легко разбуриваемого материала. Повышается надежность спуска и установки обсадной колонны в осложненном стволе скважины, обеспечивается надежное прохождение суженных участков ствола с проработкой без заклинка и посадок, простота конструкции. 1 ил.

Башмак прорабатывающий, включающий корпус с цилиндрической частью с присоединительной резьбой сверху для соединения с обсадной колонной, снабженный центральным проходным отверстием и боковыми промывочными отверстиями, отличающийся тем, что к нижней части цилиндрического корпуса посредством резьбы присоединен наконечник со скошенным конусом, имеющий центральное промывочное отверстие и снабженный как минимум тремя свободновращающимися роликами, установленными на жестких осях с подшипниками на концах, свободновращающиеся ролики равномерно оснащены по всей наружной поверхности твердосплавными зубками и имеют длину, равную как минимум двум диаметрам свободновращающихся роликов по твердосплавным зубкам, на свободновращающиеся ролики направлены по два боковых промывочных отверстия, при этом наружный диаметр прорабатывающего башмака по твердосплавным зубкам превышает диаметр корпуса башмака, а башмак прорабатывающий изготовлен из легко разбуриваемого материала.